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生物无机化学

1. 铀的生物无机配位化学

      铀是核电站的重要燃料,核电站运营期间需要得到价格合理的铀。陆地铀矿储量有限,铀资源是否充足具有不确定性,而海水中铀的蕴含量约45亿吨,是陆地上已探明的铀矿储量的2000倍。因此,海水成为了核电原料的重要来源。但是海水中铀的浓度极低,只有3×10-7%。除了铀矿和海水之外,盐湖卤水是另一个重要的铀资源。盐湖卤水和海水具有类似的性质,从某种意义上说,盐湖卤水可以看成是海水的天然蒸发浓缩物。我国柴达木盆地盐湖饱和卤水以及柴达木盆地西部南翼山油田水中铀的含量比海水中的铀含量高一千倍左右。本研究通过研究铀酰离子同配体(卟啉、多酚、siderophore以及通过定向进化合成的新型配体)的配位作用物理化学规律,发现高亲和力高选择性高耐盐的配体,为海水/盐湖的铀分离提供高效策略。

2. 粘土与生物起源

      在原始地球上,针对蛋白质和核酸的起源条件和地点区域,出现了三个区域分支学说。其中海相起源说认为,在原始海洋中,氨基酸可以被吸附在粘土、蒙脱土等物质的活性表面,再适当的缩合剂(如羟胺类化合物)存在时,可以发生脱水,缩合成高分子量聚合物,进而产生团聚体和原始细胞。通过体外模拟实验研究粘土对生物体内反应的影响,如PCR反应、酶促反应等,系统阐述不同粘土对于生命化学起源进化的作用及其机制。

 

图 1 粘土水凝胶环境中发生的转录和翻译反应方案

3. 粘土杀灭不同病原体和已有抗生素抗性菌体的机制

     金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus) 是人类化脓感染中最常见的病原菌,有"嗜肉菌"的别称,可引起局部化脓感染,也可引起肺炎伪膜性肠炎心包炎等,甚至败血症脓毒症全身感染。感染沙门氏菌的人或带菌者的粪便污染食品,可使人发生食物中毒。据统计在世界各国的种类细菌性食物中毒中,沙门氏菌引起的食物中毒常列榜首。我国内陆地区也以沙门氏菌为首位。天然粘土可以有效杀灭广谱人类病原体,已有报道如何评估不同粘土的抗菌活性,本研究通过体内和体外实验研究粘土杀灭不同病原体和已有抗生素抗性菌体的机制。一旦该机制被确定,将会为针对典型感染的物理疗法和设计得到更安全的抗生素与抗菌素提供思路和理论指导。

图 2 抗菌粘土的评价和试验的总体方案